zhangfei.doc

哈尔滨华德学院毕业论文开题报告学生姓名张 飞系部汽车工程系专业、班级车辆工程0893113指导教师姓名郭新华职称从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称多轴汽车转向机构理论及设计一、 论文的目的、意义及研究发展方向1、 开题研究的背景 大型专用汽车的转向轴多在二轴以上，有的甚至多达五轴，其转向性能的好坏直接影响车辆行驶的灵活性、操纵稳定性、经济性和轮胎的使用寿命，而且车轴越多，转向对车辆行驶影响越大。作为转向系统的转向梯形机构，文献运用参数方程对转向梯形机构进行了建模和分析、研究，但对转向传动机构分析和计算的几何法就十分不便，特别是结构复杂的独立悬架的传动机构计算更为不便。本文运用参数方程法，对转向传动机构的各点用坐标参数来表示，建立参数方程求解、分析，提出了一种可运用于多轴转向的传动机构优化设计的计算方法，达到各轴转向协调的目的，提高车辆行驶的灵活性、操纵稳定性和经济性。 2、课题研究的目的及意义随着汽车运输业和特种行业的发展，人们对重型载货汽车的功率、承载能力提出了更高的要求。近年来，重型载货车和专业作业车的吨位逐渐增大，车辆的载货量不断增多，出现了系列大型、重型载货车辆车型。人们期望一种载货能力强，对路面破坏小的重型汽车。而这是难以通过单纯地增加单个轴的承载能力，降低整车质量来实现的。为此，在汽车设计上需要通过增加汽车的轴数来适应大吨位汽车的需求，于是出现了三轴甚至更多轴的车型。多轴汽车为满足整车转向性能要求诫小转弯直径、降低轮胎磨损，往往采用两轴或多轴转向。双前桥转向设计是汽车多轴转向设计中较特殊的一种，其将两转向轴集中到一起，减少了空间上的跨度，因而结构简单紧凑、转向反应迅速，且扎实耐用，在重型载货汽车上有着广泛的应用。然而，汽车轴数的增加，尤其是前桥轴数的增加，使得汽车多桥转向问题成为多轴汽车底盘设计中的一个重要课题【4l。轴数的增多，转向机构的结构也变得复杂，对转向性能的要求也就愈加苛刻。于转向性能直接影响到车辆的机动灵活性、操纵稳定性和使用经济性，因此对转向系统的设计提出了更高的要求。随着国民经济的高速发展，全国各地区间物流量的不断增加，双前桥重型汽车在市场应用的地位愈加显著，其市场需求量也越来越大。重型载货汽车的研究和开发迫切需要双前桥转向方面研究理论的支持和指导。因此，开展汽车双前桥转向的理论研究对于缓解我国交通运输压力，协调东西部的共同发展和物资交流，为沿海和内地物资的流通清除障碍都有着举足轻重的重要意义。对汽车双前桥转向研究的意义不仅在于为我国重型载货汽车的自主研发提供理论基础，同时也能为各类多轴拖车、挂车，以及军用运输车的设计提供参考。如上文所述近年来大型多轴的拖车、挂车得到了迅速的发展，在大型物资的运输转移中扮演不可或缺的重要角色。例如，在三峡大坝的水轮发电机组的安装过程中，重达460吨的核心部件转轮就是由一辆十二轴双排的巨型拖车运输的。况且，当前世界各国都十分重视军用运输车辆的发展，尤其是开发装载量大、自装自卸化的军用运输车辆，提高后勤补给、转移和运输能力。从运载货物的重型军用卡车、全天候多轴军用越野车到运载导弹、炮架的拖车，都可以觅见双前桥转向的身影。 因此不论从民用还是军需，社会经济的发展还是国防建设，开展双前桥转向的研究都是一项影响深远的课题，对我国的经济发展和国防安全具有重要的意义。而我国在汽车机械工程设计领域与国外同行的差距相当大，表现尤为突出的就是涉及到发动机和变3、课题研究的发展方向速器的设计研发、汽车底盘设计与调校技术。重型商用车的双前桥转向作为一种新技术在我国的研发才刚刚起步，整体技术水平远落后于欧美等发达国家。 本课题针对重型汽车具体结构，借鉴前人的经验对汽车双前桥转向机构进行研究。力图通过对双前桥转向结构的合理简化，在合理假设的基础上建立双前桥转向系统的空间数学模型；分析双前桥转向机构系统中各机构的运动关系、建立运动约束方程、考察汽车操纵稳定性。期望所建立的数学模型可以分析双前桥转向车辆的操纵性能，验证原有样车转向性能的优劣，为今后多轴汽车的设计研究提供参考。尤其在国家强调汽车设计平台以及注重知识产权的时代背景下，希望本文的研究成果能作为后续研究的基础，为双前桥转向的进一步研究提供理论铺垫。（1） 、课题国内外的研究状况 随着国民经济的高速发展，我国公路交通的质量和数量都得到了显著提高，全国各地区间物流量的不断增加，双前桥重型汽车在市场应用的地位愈加显著，其市场需求量也越来越大。伴随着汽车运输业和特种行业的发展以及市场对于双前桥转向重型卡车需求的增加，国内外重型汽车生产商争先投入对双前桥转向重卡的研究和生产。解放重卡、东风重卡、北汽福田欧曼重卡、华菱重卡、陕汽重卡等都相继开发了和生产了双前桥的车型。 随着多轴车市场的不断扩大，对多轴车转向系统方面的研究工作已经引起了越来越相关设计开发人员的关注；同时各大专院校和整车生产厂对多轴车转向系统相继提出了许多优化设计方法和理论。纵观目前汽车市场，双前桥重型汽车种类较少，国内外关于双前桥转向的理论研究起步较晚，研究还不够深入，相关理论不够成熟。虽然汽车生产商对双前桥汽车投入了相当的研究，但是国内相关的理论研究去十分落后。仅极少数的国内学者对双前桥转向汽车进行了研究并将其研究成果以论文的形式发表。该领域的主要研究学者有唐应时教授和张代胜副教授，协同其学生两人分别就汽车双前桥转向进行了较为广泛的理论研究。 对双前桥转向的研究可以追溯到80年代初期，当时国内就对双Ij桥汽车的转向系统进行了探索，提出了一些设计方法。早期的设计方法以平面投影设计方法为主，通常将空间问题转化为平面问题来解决，简化系统结构，同时也可以建立便于实现数值计算的系统模型。通常研究者认为，梯形机构是无须进行优化的，左右车轮的关系完全可由独立设计的梯形机构来实现，主要影响多轴转向特性的是摇臂机构f8141。因此，大多数学者将重点转移到了摇臂机构的优化设计方面。 随着计算机性能的不断提高，出现了许多用于工程计算的专用软件，为工程技术人员的研究工作带来了方便，减少了工程开发中自己编程的麻烦；同时也使得许多优秀的数学理论得到推广应用。在众多计算软件中，Matlab应用甚为广泛。而在动力学运算和仿真方面，Admas有独到的功能，极大地简化了运算，更易操作，在双前桥转向的优化方面得到了广泛的运用，许多论文都是基于Admas的研究。 传统的转向系统设计是先按汽车的转向机构的空间位置大致设计出转向系统的各个构件，然后在平面图上进行校核、调整、优化，计算出前后轮在转向时的关系，定出最小转弯半径。对于一般的单桥转向汽车，由于其转向系统结构相对简单，用此方法较易达到设计要求，而对于具有双前桥转向系统的重型汽车来说，双前桥转向系统结构复杂，在系统工作时部件的相对位置存在空间变化，用这种方法设计计算的数据与实际相差很大。有学者提出用PROMECHANICA软件中的MOTION三维空间运动模拟功能进行仿真，在空间中进行校核、调整、优化，设计出性能理想的双前桥转向系统。需要认识到，国内对于双前桥转向的研究其中多数是集中在转向拉杆优化设计方面的研究，更多的研究集中在运用虚拟技术，借助动力学软件Admas进行仿真研究降_330541。并且，早期的研究大多将前桥的转向梯形简化为平面结构来处理，此种方法计算方法简单，但计算精度不够，导致计算结果与实际偏差较大。目前，对于双前桥转向的空间三维的数学模型和力学模型方面的研究却十分匮乏，多数学者集中于研究转向轮之间理想的运动关系、转向系统内部的干涉等，未能深入地发掘各连杆之间的力学和运动学关系。由于未能建立相应的运动学模型来描述各部件之间的约束和受力关系，因而使得对双前桥转向的操纵性能难以确定。二、论文基本内容本论文主要对双前桥转向系统的结构设计参数进行优化，确保转向性能达到最优。在研究过程中，主要完成以下内容： (1)分析双前桥转向的机械结构、转向机制以及理想转向轮之间的转角关系； (2)建立双前桥转向系统的整体数学模型，推导在杆系作用下各转向轮相互间的关系，并对双前桥转向系统进动力学分析；(3)以转向系统的整体数学模型为基础，结合对实际转向过程的分析建立双前桥转向的优化模型；(4)建立二自由度汽车模型，推导上前去转向车辆的运动微分方程；对双前桥转向的操纵性能进行分析，推导横摆角增益的表达式，考察其稳态响应特性。三、研究方法 目前，对于复杂机械的运动学研究国内多数学者往往借助动力学软件Admas进行仿真研究18n 30、5引。Admas软件功能强大，其优化方法不需要将优化目标转化为相应的图形表示，同时对车轮转角偏差的控制比较直接，优化模型的建立相对比较简单；但是单纯的依靠软件来替代必要的简化、建模与分析研究有其固然的弊端在建立优化模型的过程中需要与其他三维布置软件之间进行数据传递工作，且优化后还需将模型导入三维布置软件进行具体的空间布置校核。总结起来建立数学模型优点及必要性主要体现在： (1)数学建模的首要优点就是完全参数化设计，模型运用灵活性强。研究机构中的任何一个部件、作用力、受力点、点的坐标等都可以用参数表示。当机械结构发生改变时，只需更改相关的参数就可以获取需要的结果；在Admas中建模过程相对简单，设计者可以避免繁琐的推导过程，必要简化处理建立三维模型即可求解，然而一旦设计参数发生更改，往往设计者要花费相当的时间重复建模的工作； (2)参数化设计的另外优点凸显在对计算结果的分析与处理方面。在数学运算软件，如Matlab中通过对某些参数在某一范围内的离散化，运行就可以得到相应的数据结果，在Admas中这意味着响应次数的三维模型的建立与更改，其优越性不言而喻； (3)在建立数学模型的基础上，通过对模型等式、方程的必要分析可以挖掘计算结果的只要影响因子，从而明确优化的主要对象，这一点是Admas难以企及的；当仿真结果出现异常时可以通过建立的方程逆向追踪问题所在； 技术路线本文的主要研究步骤以及每个阶段所研究的对象参考图 研究双前桥转向的结构及转向机制 研究各部件之间的空间位置、受力关系，建立约束方程 简化双前桥转向的机械机构，并用数符号加以表达 建立双前桥转向数学模型 通过Matlab对双前桥转向的操纵性能进行仿真计算 确定目标函数，为双前桥转向优化设计提供参数，并得出优化结果四、设计（论文）进度安排 1、 2011年10月9日与指导教师见面并下达毕业设计（论文）任务书 2、 2011年10月21日开题 ,指导教师进行开题检查、 3、 2011年11月18日、草图论文草稿，指导教师中期自检。 4、 2011年11月25日完成草图，系中期检查。 5、 2011年12月9日完成正式图、论文草稿，并经指导教师结题检查。 6、 2011年12月19日上交论文、图纸、毕业设计材料。 7、 2011年12月29日答辩。五、主要参考资料1 望予，姜红军，林逸等断开式转向梯形参数及其对实际转向特性曲线的影响汽车工程，19942 余志生汽车理论北京：机械工业出版社，20043 石美玉主编转向系统北京：化学工业出版社，20054 廖丹重型汽车双前桥转向系统的优化设计及仿真研究湖南大学硕士学位论文20025 姜明国、陆波阿克曼原理与矩形化转向梯形设计汽车技术，19946 喻凡基于Matlab的四轮转向车辆操纵